3.3 Расчет самозапуска электродвигателя

Для точного расчета самозапуска требуется знать характеристики всех самозапускающихся двигателей, подключенных к одной секции. Процесс самозапуска заключается в том, что при аварийном перерыве питания группы двигателей, происходит их групповой выбег, а затем после восстановления питания – одновременный разворот всех двигателей. При выбеге большинство двигателей увеличивают свое скольжение сверх критического. При развороте двигатели потребляют токи, близкие к пусковым, и при этом резко увеличиваются потери напряжения в элементах питающей цепи. Напряжение на зажимах двигателей снижается до уровня (0,6 – 0,7) U_н, а их разворот длится значительно дольше, чем при нормальном пуске отдельных двигателей.

В расчетно-графической работе следует оценить возможность разворота двигателей при заданном времени перерыва питания, определить время разворота и нагрев токами самозапуска наиболее мощных и ответственных двигателей.

Для этого предлагается следующая упрощенная методика.

1. Из заданной группы двигателей, выбирается ведущий, наиболее мощный, разворот которого определяет самозапуск всей группы (для собственных нужд ТЭС таким будет двигатель питательного насоса или двигатель тягодутьевого механизма); прочие двигатели учитываются только для определения напряжения в начале самозапуска;

2. Выбег ведущего двигателя рассматривается независимо от прочих двигателей (учет взаимного влияния обычно приводит к уменьшению начального скольжения ведущего двигателя, т.е. облегчает его самозапуск);

3. Для ведущего двигателя и его механизма строятся моментные характеристики, затем графически определяется минимальный избыточный момент и соответствующее скольжение.

4. Рассчитывается величина напряжения в начале самозапуска. Если , то разворот ведущего двигателя, а значит и весь процесс самозапуска можно считать обеспеченным.

5. Определяется время разворота для наиболее мощных и инерционных агрегатов и рассчитывается нагрев их обмоток.

Для определения напряжения на двигателях при их самозапуске, необходимо знать параметры двигателей и питающих трансформаторов (реакторов), т.е. их мощности и индуктивные сопротивления. Искомое напряжение определяется по суммарной пусковой мощности:

, (3.10)

где , – номинальное значение мощности (МВА) и индуктивное сопротивление питающего трансформатора, о.е.;

–напряжение питающей сети, приведенное к .Обычно принимается = 1,05;

–суммарная пусковая мощность, подключенная к трансформатору при самозапуске.

Суммарная пусковая мощность зависит от кратности пускового тока (тока самозапуска), который по мере разворота двигателей уменьшается, а напряжение на зажимах увеличивается.

Можно принять для практических расчетов, что при достижении критического скольжения пусковой ток уменьшается в раз. Поэтому соответствующее напряжение можно определить по формуле (10), принимая пусковую мощность включаемых электродвигателей уменьшенной враз.

Принимая средний пусковой ток всех самозапускающихся двигателей равным пусковому току ведущего двигателя, имеем

(11)

где – мощность нагрузки секции, равная нагрузке СН блока.

Зная напряжение в начале моментной характеристики двигателя (S=1) и при критическом скольжении (), по (10) можно перестроить всю моментную характеристику двигателя с учетом изменения напряжения, используя формулу:

(12)

где – момент двигателя при номинальном напряжении; - соответствующее напряжение на двигателе, определенное по (10) в относительных единицах.

По заданному времени перерыва питания из кривой выбега (см. Приложение 1, рисунок П1) определяется скорость ведущего двигателя в начале самозапуска. Используя соотношение , находится скольжение, для которого определяется напряжение, в начале самозапуска по формуле

(13)

где –момент вращения с учетом уменьшения напряжения при скольжении начала самозапуска; – момент вращения при номинальном напряжении, соответствующий скольжению начала самозапуска.

Принимается, что самозапуск будет успешным, если начальное напряжение на электродвигателях после включения резервного питания составляет не менее 0,55для электростанций среднего давления, 0,6для электростанций высокого давления, 0,65для электростанций, на которых в качестве привода ПН применяются электродвигатели, имеющие значение пускового момента менее 80% номинального. Если в РГР напряжение в начале самозапуска меньше 0,6() – следует определить минимально допустимую мощность самозапускающихся двигателей по упрощенной методике, изложенной в курсе «Основы эксплуатации электрических станций».

Для определения времени разворота двигателя с механизмом необходимо построить зависимость динамического момента двигателя от скольжения, как разность момента вращения двигателя с учетом напряжения при скольжении начала самозапуска и момента сопротивления механизма.

(14)

Кривая динамического момента разбивается на интервалы ΔS, начиная с величины скольжения, соответствующего началу самозапуска до номинального скольжения. Интервал ΔS можно принять равным 0,04 если динамический момент изменяется незначительно и 0,01–0,02 при значительном изменении динамического момента. Полагая, что динамический момент остается неизменным за интервал времени изменения ΔS, определяем время самозапуска по формуле

(15)

Продолжительность самозапуска, как правило, не должна превышать следующих значений:

• 35 с для электростанций среднего давления, т.е. станций с поперечными связями по пару и питательной воде и турбогенераторами мощностью до 110 МВт, исходя из условия предельного нагрева обмоток электродвигателей;

• 25 с для электростанций высокого давления с поперечными связями по пару, исходя из условия устойчивого режима работы котельных агрегатов;

• 20 с для блочных электростанций с турбогенераторами мощностью 160 МВт и выше по условию сохранения технологического режима блока.

Продолжительность самозапуска электродвигателей ограничивается также их нагревом.

Для определения нагрева обмоток двигателя при самозапуске необходимо знать время самозапуска, кратность пускового тока при напряжении начала самозапуска, среднее значение динамического момента при самозапуске.

Тогда температуру перегрева обмоток статора можно определить по формуле

(16)

где – кратность пускового тока при напряжении начала самозапуска, о.е.;–пусковой ток двигателя заданный в каталоге; – номинальная плотность тока в обмотках статора, А/мм², для расчета принимается в пределах (5 – 6) А/мм²; = 85ºС – температура обмоток рабочего режима;= 200ºС.

Для большинства двигателей напряжением 6 кВ определяющим является нагрев обмоток статора.

Температура перегрева стержней ротора:

, (17)

где -среднее значение динамического момента при самозапуске в о.е.; - масса стержней ротора (на единицу мощности).

В расчете можно принять = 0,08 кГ/кВт; = 0,75 – коэффициент, учитывающий теплоотдачу клетки ротора; = 130º - допустимая температура перегрева ротора. При невыполнении условий (16) или (17) следует разработать мероприятия по облегчению самозапуска двигателей, мероприятия должны быть обоснованы соответствующими расчетами.